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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Berechnen und Anzeigen von Fahrrouteninformationen unter Verwendung eines Navigationssystems.
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HINTERGRUND
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Navigationssysteme umfassen vernetzte Computervorrichtungen, die eine Position eines Benutzers unter Verwendung von globalen Positionsbestimmungsdaten genau bestimmen. Die Position wird dann dem Benutzer über eine geocodierte Karte präsentiert. Anweisungen von Abbiegung zu Abbiegung können von der Position des Benutzers oder einer anderen aufgezeichneten Position zu einem speziellen Ziel dargestellt werden. Kartendaten mit topographischen und Straßennetzinformationen werden typischerweise zu einem Hauptgerät, z. B. einem Fahrzeugnavigationssystem, einem Mobiltelefon, einem persönlichen digitalen Assistenten oder einem Webserver, übertragen, das dann die Informationen verarbeitet und über eine graphische Anzeige, Fahranweisungen auf Textbasis und/oder Fahranweisungen auf Sprachbasis darstellt.
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Unter Verwendung von georäumlichen Daten kann das Hauptgerät präzise Anweisungen zu irgendeinem Ort, der in einer Datenbank enthalten ist, auf die Bezug genommen wird, schaffen. Die Anweisungen können auf die Vorliebe eines Benutzers unter Verwendung eines Kriteriums wie z. B. der kürzesten Fahrstrecke, der schnellsten Fahrroute oder der leichtesten/am wenigsten komplizierten Fahrroute zugeschnitten werden. Außerdem können aufkommende Hybrid-Elektrofahrzeugkonstruktionen oder Elektrofahrzeugkonstruktionen mit erweiterter Reichweite Benutzern ermöglichen, eine wirtschaftlichste Route oder ”ökonomische Route”, d. h. eine empfohlene Fahrroute, die den Verbrauch von fossilem Kraftstoff minimiert, indem der Benutzer angewiesen wird, auf Routen zu fahren, die gewöhnlich die elektrische Betriebsreichweite des Fahrzeugs relativ zu anderen möglichen Routen erweitern wurden, auszuwählen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Navigationssystem und ein Verfahren werden hier offenbart, die eine empfohlene oder Referenzfahrroute unter Verwendung einer Kostenfunktion geometrisch einschränken. Die Funktion betrachtet Kosten für die Abweichung von einem geometrischen Referenzweg, z. B. einem Bogen, einer geraden Linie, oder einem anderen bevorzugten geometrischen Merkmalssatz, so dass die Hilfsfahrroute, die schließlich dargestellt wird, in einem gewissen Umfang durch den geometrischen Referenzweg eingeschränkt wird. Das vorliegende Verfahren kann als Rechenalgorithmus codiert werden, der durch ein Hauptgerät ausgeführt wird, wobei die geometrisch eingeschränkte Hilfsfahrroute für den Benutzer auf einem Anzeigebildschirm graphisch als Kartentrasse und/oder als Fahranweisungen auf Textbasis und/oder als Sendung von hörbaren Fahranweisungen von Abbiegung zu Abbiegung dargestellt wird.
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Unter bestimmten Umständen kann eine empfohlene Fahrroute, die einem Benutzer präsentiert wird, in einer geometrischen Hinsicht schlechter als optimal bleiben. Herkömmliche Navigationsalgorithmen können beispielsweise eine Fahrroute mit einem möglicherweise unerwünschten geometrischen Merkmal wie z. B. häufigen Routenkreuzungen oder Spitzkehren empfehlen, wobei ein Fahrer angewiesen wird, eine Straße erster Ordnung in einem Zickzackmuster mehrere Male hin und her zu überqueren. Solche Merkmale können dargestellt werden, wenn ein Benutzer die Berechnung und Darstellung einer ökonomischen Route auswählt, obwohl die schnellsten, kürzesten oder leichtesten Routen gelegentlich ähnliche geometrische Merkmale enthalten können. In Abhängigkeit von dem Grad der Abweichung von einem geometrisch erwünschten Referenzweg können Benutzer geneigt sein, zumindest einige von diesen empfohlenen Fahrrouten außer Acht zu lassen.
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Folglich wird hier ein Navigationssystem zur Verwendung mit einer georäumlichen Datenbank, ob an Bord eines Fahrzeugs oder anderweitig, offenbart. Das Navigationssystem umfasst eine Darstellungsvorrichtung und ein Hauptgerät in Kommunikation mit der georäumlichen Datenbank. Das Hauptgerät bestimmt eine Referenzfahrroute zwischen einem Routenursprung und einem Routenziel unter Verwendung von Kartendaten aus der georäumlichen Datenbank und berechnet eine geometrisch eingeschränkte Hilfsfahrroute als Funktion von Kosten der Abweichung von einem geometrischen Referenzweg. Das Hauptgerät stellt dann Informationen, die die Hilfsfahrroute beschreiben, unter Verwendung der Darstellungsvorrichtung dar.
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Der geometrische Referenzweg kann entweder eine gerade Linie, ein Bogen oder ein Satz von Straßensegmenten mit einem vorbestimmten geometrischen Merkmal sein. Die Kosten der Abweichung können einen Abstand der Abweichung vom geometrischen Referenzweg und/oder eine Anzahl von Kreuzungen oder Spitzkehren der Referenzfahrroute(n) in Bezug auf den geometrischen Referenzweg umfassen.
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Ein Verfahren zum Betreiben des vorstehend beschriebenen Navigationssystems umfasst die Verwendung des Hauptgeräts, um eine geometrisch eingeschränkte Hilfsfahrroute unter Verwendung von Kartendaten aus der georäumlichen Datenbank und eines geometrischen Referenzweges zu berechnen, wobei die Hilfsfahroute in Bezug auf einen oder mehrere Referenzfahrwege unter Verwendung einer Kostenfunktion der Abweichung vom geometrischen Referenzweg geometrisch eingeschränkt wird. Das Verfahren umfasst auch das Darstellen von Informationen, die die Hilfsfahrroute beschreiben, unter Verwendung der Darstellungsvorrichtung.
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Das Verfahren kann das Zuweisen von Kosten zu verschiedenen Segmenten der Referenzfahrroute(n) als Funktion von Folgendem umfassen: einem Abstand der Abweichung vom geometrischen Referenzweg und/oder einer Anzahl von Kreuzungen oder Spitzkehren des geometrischen Referenzweges durch die verschiedenen Referenzfahrrouten.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Navigationssystems, wie hier offenbart;
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2 ist eine schematische Darstellung eines Paars von möglichen Fahrrouten, wie über das Navigationssystem von 1 dargestellt;
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3 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Paars von möglichen Fahrrouten, wie über das Navigationssystem von 1 dargestellt; und
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4 ist ein Ablaufplan, der einen Algorithmus beschreibt, der mit dem Navigationssystem von 1 verwendbar ist.
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BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den ganzen verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, und beginnend mit 1, umfasst ein Navigationssystem 10 einen Algorithmus 100 zum geometrischen Einschranken einer Fahrroute unter Verwendung eines geometrischen Referenzweges, wie nachstehend erläutert. Das Navigationssystem 10 umfasst ein Hauptgerät 12, eine Darstellungsvorrichtung 14 und eine Eingabevorrichtung 18 zum Senden von Eingangsdaten 15 zum Hauptgerät. In einer Ausführungsform ist das Navigationssystem 10 zur Verwendung in einem Fahrzeug 25 ausgelegt, wobei das Hauptgerät 12, die Darstellungsvorrichtung 14 und die Eingabevorrichtung 18 innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind. Ungeachtet der Ausführungsform steht das Hauptgerät 12 mit einer georäumlichen Datenbank 16 in entfernter oder lokaler Netzkommunikation.
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Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff ”georäumliche Datenbank” auf ein geographisches Informationssystem, das georäumliche Daten 17 von mehreren benachbarten Orten enthält. Die georäumliche Datenbank 16 kann in Berg auf das Navigationssystem 10 entfernt angeordnet sein, wie gezeigt, wobei die georäumlichen Daten 17 für das Hauptgerät 12 unter Verwendung eines optionalen Sender/Empfänger-Paars 19, 21 zugänglich sind. Wenn die georäumliche Datenbank 16 lokal ist, z. B. in einer Kartensoftware gespeichert, auf die direkt durch das Hauptgerät 12 zugegriffen wird, ist die Datenbank an Bord des Fahrzeugs 25 angeordnet und daher kann das Sender/Empfänger-Paar 19, 21 weggelassen werden.
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Alternativ können die Eingabevorrichtung 18 und/oder das Hauptgerät 12 Abschnitte einer mobilen Einheit sein, z. B. einer tragbaren elektronischen Vorrichtung wie z. B. eines Berührungsbildschirms, eines persönlichen digitalen Assistenten (PDA), eines Mobiltelefons oder eines Laptop- oder Tablet-artigen Computers in Abhängigkeit von der Konfiguration des Navigationssystems 10. Obwohl es der Einfachheit halber in 1 als einzelnes Gerät gezeigt schematisch ist, kann das Hauptgerät 12 als mehrere mobile Vorrichtungen konfiguriert sein oder es kann ein verteiltes System sein, das auf einen Webserver zugreift. Wenn es beispielsweise in nur einer möglichen Ausführungsform als Fahrzeugnavigationssystem konfiguriert ist, können das Hauptgerät 12 und die Eingabevorrichtung 18 miteinander und mit der georäumlichen Datenbank 16 vernetzt sein.
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Die Darstellungsvorrichtung 14 kann irgendeine Audiovorrichtung/visuelle Vorrichtung sein, die in der Lage ist, einem Benutzer eine geographisch eingeschränkte Hilfsfahrroute 13 zu präsentieren. Die Darstellungsvorrichtung 14 kann beispielsweise einen Anzeigebildschirm 50 zum graphischen oder visuellen Anzeigen einer Fahrroute unter Verwendung einer graphischen Routen/Karten-Trasse und/oder von Fahranweisungen auf Textbasis und/oder einen Lautsprecher 60 zum Senden von Fahranweisungen von Abbiegung zu Abbiegung als hörbare Sprache umfassen. Eingangsdaten 15 können den Routenursprung, das Routenziel und ein vom Benutzer ausgewähltes Kriterium wie z. B. schnellste Route (in Zeit), kürzeste Route (in Abstand), leichteste Route (z. B. minimale Anzahl von Abbiegungen oder Fahren mit hoher Geschwindigkeit) und wirtschaftlich effiziente/ökonomische Route (z. B. kraftstoffeffizienteste Route), umfassen. In einer möglichen Ausführungsform können die Darstellungsvorrichtung 14 und die Eingabevorrichtung 18 eine gemeinsame Vorrichtung sein, wie z. B. ein Berührungsbildschirm, der in der Lage ist, die Eingangsdaten 15 durch eine Berührung der Hand des Benutzers oder eines Stifts aufzuzeichnen.
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Das Hauptgerät 12 führt selektiv den Algorithmus 100 aus, um eine Referenzfahrroute unter Verwendung von Eingangsdaten 15, z. B. Routenursprung, Routenziel und des vorstehend angegebenen Routenkriteriums, und unter Verwendung von georäumlichen Daten 17 von der georäumlichen Datenbank 16 zu bestimmen. Der Algorithmus 100 berechnet dann die geometrisch eingeschränkte Hilfsfahrroute 13 als Funktion eines vorbestimmten geometrischen Weges 11, der in einer Ausführungsform von einem Benutzer über die Eingabevorrichtung 18 ausgewählt werden kann, und stellt Informationen, die die Hilfsfahrroute beschreiben, für einen Benutzer unter Verwendung der Darstellungsvorrichtung 14 dar.
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Mit Bezug auf 2 und 3 zeigt der in 1 gezeigte Anzeigebildschirm 50 der Darstellungsvorrichtung 14 Referenzfahrrouten 20 und 30 in 2 bzw. 3 und Hilfsfahrrouten 22 bzw. 32 an, wobei die Referenzfahrrouten und Hilfsroute sich in den gezeigten Ausführungsformen einen Routenursprung 24, 34 und ein Routenziel 26, 36 teilen. In dem in 2 gezeigten Beispiel weist die Referenzfahrroute 20, die durch das Hauptgerät 12 berechnet wird, aber nicht angezeigt wird, wenn nicht und bis festgestellt wird, dass sie die niedrigsten berechneten Routenkosten aufweist, wie nachstehend beschrieben, ein möglicherweise unerwünschtes geometrisches Merkmal in Form eines extremen Umweges auf. Das heißt, ein Benutzer wird weit von einer Route mit minimalem Abstand zwischen dem Routenursprung 24 und dem Routenziel 26 weg gelenkt. Wenn sie angezeigt wird, kann ein Benutzer geneigt sein, die Referenzfahrroute 20 außer Acht zu lassen, selbst wenn es sich um die schnellste, wirtschaftlichste oder leichteste Route handelt.
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Ebenso weist die Referenzfahrroute 30 von 3 ein möglicherweise unerwünschtes geometrisches Merkmal in Form einer Reihe von Routenkreuzungen oder Spitzkehren auf, wobei die Referenzfahrroute wiederholt in einem Zickzackmuster hin und her kreuzt. In 2 bzw. 3 schaffen die berechneten Hilfsfahrrouten 22, 32 eine Fahrroute, die in einem gewissen Umfang durch den geometrischen Referenzweg 11 geometrisch eingeschränkt ist, z. B. eine gerade Linie, ein Bogen oder ein Satz von Straßensegmenten mit einem gewünschten geometrischen Merkmal oder Merkmalssatz, wobei der letztere von diesen in 3 gezeigt ist und die Bogen/Linien-Ausführungsform in 2 gezeigt ist, und zwar mit Bezug auf ihre jeweiligen Referenzfahrrouten 20 und 30.
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Mit Bezug auf 4 in Verbindung mit den verschiedenen Komponenten des in 1 gezeigten und vorstehend beschriebenen Navigationssystems 10 geht der Algorithmus 100 beim Einleiten (*) zu Schritt 102 weiter, z. B. wenn ein Benutzer das Navigationssystem einschaltet. In Schritt 102 können Eingangsdaten 15 in Form des Routenursprungs, der über ein globales Positionsbestimmungssystem (GPS) (nicht dargestellt) bestimmt werden kann, eines Routenziels, das vom Benutzer eingegeben wird, und eines Routenkriteriums wie z. B. schnellste, kürzeste, leichteste oder ökonomische Route, aufgezeichnet werden. Der Algorithmus 100 geht dann zu Schritt 104 weiter, nachdem diese Informationen aufgezeichnet sind.
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In Schritt 104 nimmt das Hauptgerät 12 auf die georäumliche Datenbank 16 Bezug, um die erforderlichen georäumlichen Daten 17 abzurufen, und berechnet dann eine oder mehrere Referenzfahrrouten, z. B. Routen 20 und 30 von 2 bzw. 3, unter Verwendung der georäumlichen Daten und, wie erforderlich, der Eingangsdaten 15 von Schritt 102. Wenn beispielsweise in Schritt 102 ein Benutzer die schnellste Route als Teil der Routenkriterien auswählt, könnte das Hauptgerät 12 eine oder mehrere Referenzfahrrouten berechnen, die eine minimale Menge an Fahrzeit vom Ursprung zum Ziel relativ zu anderen möglichen Routen erfordern. Die Referenzfahrrouten sind noch nicht geometrisch eingeschränkt und werden in einer möglichen Ausführungsform für den Benutzer nicht angezeigt, um die Darstellung von Informationen zu vereinfachen. In anderen Ausführungsformen können jedoch die Referenzfahrrouten auch angezeigt werden, z. B. in einer anderen Schattierung oder Helligkeit, um dem Benutzer die alternativen Routen zu präsentieren. Der Algorithmus 100 geht dann zu Schritt 106 weiter.
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In Schritt 106 berechnet das Hauptgerät 12 als nächstes die in 1 gezeigte geometrisch eingeschränkte Hilfsfahrroute 13 unter Verwendung einer Kostenfunktion des geometrischen Referenzweges 11 und stellt dann Informationen, die die Hilfsfahrroute beschreiben, unter Verwendung der Darstellungsvorrichtung 14 dar. Schritt 106 kann das Zuweisen von Kosten zu den verschiedenen Etappen oder Segmenten des geometrischen Referenzweges 11 und/oder der einzuschränkenden verschiedenen Referenzfahrrouten beinhalten, beispielsweise als Funktion des Abstandes zwischen verschiedenen Segmenten der Referenzfahrroute(n) und des geometrischen Referenzweges und/oder der Anzahl von Kreuzungen oder Spitzkehren der Referenzfahrroute(n) in Bezug auf den geometrischen Referenzweg 11.
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Eine Kostenformel kann beispielsweise wie folgt auf jedes Segment einer Referenzfahrroute angewendet werden, um Referenzkosten (c
ref) zu bestimmen:
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Gewichte (k1–k5) können verschiedenen Einschränkungen zugewiesen werden, wie z. B. Abstand (d), Zeit (t) und Energieverwendung (E). Außerdem können geometrische Einschränkungen gewichtet werden, um Routen zu erzeugen, die eine annehmbare Effizienz mit einer gewünschten Geometrie und/oder einem topographischen oder geographischen Merkmal mischen. In der obigen Formel können Kostennachteile veranschlagt werden, wenn eine gegebene Referenzfahrroute den geometrischen Referenzweg kreuzt, ein Ereignis, das durch (X) angegeben ist, und/oder proportional höhere Kosten können veranschlagt werden, je weiter vom geometrischen Referenzweg 11 abgewichen wird, wie durch (dmin) angegeben. Zulässige Abweichungen können für Hindernisse entweder in der Kostenfunktion oder in der Festlegung des geometrischen Referenzweges 11 gemacht werden. Eine gerade Linie kann beispielsweise durch einen Wasserkörper oder ein anderes topographisches oder geographisches Merkmal verlaufen, was einen Bogen oder eine weitläufigere Trasse erfordert, die immer noch den geometrischen Referenzweg 11 annähert.
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Unter Verwendung des vorstehend offenbarten Navigationssystems 10 und Algorithmus 100 wird eine geometrisch eingeschränkte Hilfsroute 13 dargestellt, die gewünschte Routenkriterien ohne Erzeugen einer Fahrroute, die als für einen Benutzer geometrisch unerwünscht wahrgenommen werden kann, erfüllen kann. Obwohl eine Referenzfahrroute 20, 30 der Einfachheit halber in jeder von 2 und 3 gezeigt ist, könnten Sammlungen von mehreren verschiedenen möglichen Referenzfahrrouten auch erzeugt werden, wobei variierende Kosten konkurrierenden Bedingungen in Bezug auf ein Grundlinienkostenmodell zugewiesen werden, wobei eine Route mit niedrigsten Kosten schließlich ausgewählt und als geometrisch eingeschränkte Hilfsfahrroute 13 dargestellt wird. Das Ergebnis ist eine Minimierung von Fällen, in denen geometrisch unattraktive Fahrrouten erzeugt und dem Benutzer präsentiert werden können.
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Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche.
